膠體CsPbX3（X=Br、Cl和I）鈣鈦礦納米晶在整個可見光譜上表現出可調諧的帶隙，在綠色和紅色區域表現出較高的光致發光量子產率。但是，由于缺乏高效的藍光鈣鈦礦納米晶，限制了它們在光電應用中的發展。

來自復旦大學張樹宇副教授團隊最新研究表明，CsPbBr3納米晶通過釹摻雜可以實現從綠光到深藍光的可調諧光電發射，在中心波長在459 nm處的納米晶具有90%的量子產率。

自2015年第一次報告以來，全無機銫鉛鹵化物鈣鈦礦CsPbX3 （X=Br、Cl和I）納米晶（NCs）經歷了快速發展。由于其高光致發光量子產率（PLQYs）和窄帶單峰發射剖面，組成和相關帶隙的靈活性以及材料合成過程簡單，在發光二極管、激光器、太陽能電池、和光電探測等領域具有很大的應用潛力。特別是，NCs可以作為白色發光二極管（WLED）的顏色轉換熒光粉，并表現出廣泛的色域覆蓋。此外，光譜的藍色部分通常是從氯化物基鈣鈦礦NCs中獲得的，該NCs目前具有較低的穩定性和相對較低的PLQY，從而限制了鈣鈦礦NCs在器件中的應用。

解決這些挑戰的一個有效的解決方案是用B位摻雜劑完全或部分取代Pb2+離子。摻雜離子不僅降低了鉛的毒性，而且可以通過接近優化的Goldschmidt公差因子來提高CsPbX3 NCs的熱穩定性和相穩定性。B位陽離子在決定鈣鈦礦的電子能帶結構及其發射特性方面也起著至關重要的作用。最近的研究已經證明了成功的B位摻雜采用堿土金屬離子、過渡金屬離子、類金屬離子和鑭系離子。雙發射是Mn2+、Yb3+、Er3+和Eu3+等摻雜物的另一個常見特征，它來源于鈣鈦礦主體到摻雜客體的能量轉移，但是，原始NCs的窄帶單峰發射不可避免地受到損害。

通過Sn2+，Cd2+，Zn2+或Al3+部分交換Pb2+可以成功地實現光致發光（PL）藍移，而沒有其他發射峰。但是上述藍光發射NCs的PLQY仍然不令人滿意。為了解決這一問題，通過將Nd3+引入到CsPbBr3 NCs中作為B位摻雜劑，合成了高效的藍色發射鈣鈦礦NCS。

圖1. a）CsPbBr3：xNd-3+ （x=7.2%） NCs和原始CsPbBr3NCs薄膜的XPS譜。高分辨率XPS光譜分別對應于b）Nd3+ 3d，c）Pb2+4f和d）Br? 3d。空心圓形符號表示原始數據，實心曲線表示相應的擬合曲線。

圖2. Nd/（Nd+ Pb）摻雜比為a）x = 0，b）x = 2.7％，c）x = 3.5％，d）x = 6.0％，e）x = 7.0%，f）x = 7.2％的Nd3+摻雜的CsPbBr3NCs的TEM圖像，插圖中顯示了它們相應的高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像。g）所有CsPbBr3：xNd3+樣品的XRD圖譜。h）CsPbBr3：xNd3+（x =7.2％）NC中的Cs，Pb，Nd和Br元素的HAADF-STEM圖像和元素映射，最后一幀顯示元素映射圖像的重疊。

圖3. a）具有不同Nd/（Nd+ Pb）摻雜比率的CsPbBr3:xNd3+ NC膠體溶液的歸一化PL和吸收光譜：PL發射（實線，在365nm處激發）和UV-可見吸收光譜（虛線）。插圖顯示了在紫外線激發下發光的CsPbBr3:xNd3+ NC膠體溶液的相應圖像。b）隨著Nd摻雜比的增加帶隙變寬。

圖4. a）原始CsPbBr3的計算帶結構。軌道特征顯示了Pb 6s，6p和Br 4p軌道。b）原始CsPbBr3的VBM和CBM的部分電荷密度。c）計算的CsPbBr3:xNd3+的能帶結構（x =12.5％）。軌道特征顯示了Pb 6s，6p和Br 4p軌道以及Nd 5d軌道。d）Nd3+摻雜的CsPbBr3的VBM和CBM的部分電荷密度。

圖5. CsPbBr3:xNd3+NCs的溶液時間分辨光致發光衰減曲線。

圖6. a）WLED的發射光譜。插圖顯示了工作中的WLED的相關照片。b）與NTSC電視標準和Rec. 2020年標準相比，本工作中WLED的色域。白點顯示WLED設備的CIE顏色坐標為（0.34，0.33）。

總的來說，通過便捷的室溫合成方法首次成功的將Nd3+成功取代了膠體CsPbBr3 NCs中的Pb2+。摻雜濃度可用于以受控方式將發射光譜從綠色調整為藍色。發出藍色的CsPbBr3:xNd3+（x = 7.2％）NCs的PLQY值為90％，光譜寬度為19 nm。使用第一性原理計算證明帶隙可調性主要由摻雜劑誘導的電子變化驅動，而PLQY的增加與摻雜劑誘導的電子變化驅動的激子結合能增加以及摻雜劑誘導的激子振動子強度提高有關。這種微觀上的理解為膠體CsPbX3 NC中的B部位組成工程開辟了新的可能性。